"Чосон ильбо" в ходе визита президента Республики Корея в Саудовскую Аравию был подписан меморандум в области атомной энергетики, который в том числе предусматривает, что "южнокорейские компании построят в Саудовской Аравии два ядерных реактора типа SMART общей стоимостью в 2 миллиарда долларов". "К 2040 году Саудовская Аравия планирует построить от 12 до 18 реакторов для удовлетворения своих энергетических потребностей".
Когда читаешь новости о том, как корейцы успешно продвигают свои реакторы на внешний рынок, сразу хочется узнать, а мы-то чем занимаемся на данном направлении? Ведь и у России есть малая атомная энергетика.
Пару слов скажу о SMART и о преимуществах малой атомной энергетики, а потом сразу перейду к нашим достижениям в этой области.
Корейский SMART
SMART - легководный реактор под давлением тепловой мощностью 330 МВт (то есть - это широко распространенный тип реактора в уменьшенном формате, в котором также применяется уран, обогащенный до 5% по изотопу U235). Его электрическая мощность - 100 МВт(эл.). Также он производит 40 тысяч тонн опреснённой воды в день, что считается достаточным для города с населением 100 тысяч человек.
Разработка SMART стартовала в южнокорейском институте KAERI в 1997 году. В 2012 году проект получил так называемое стандартное разрешение сроком действия 15 лет - примерный аналог сертифицирования проекта. Реактор создаётся под экспортные перспективы, так как в Южной Корее развитая энергетическая инфраструктура, и сложно найти потребителя именно под малые реакторы. Тем не менее, даже для экспорта необходимо иметь работающий референтный блок. Атомщики Южной Кореи должны пройти весь путь по получению множества лицензий и приступить к собственно строительству блока лет через пять. Стоимость блока со SMART в Южной Корее оценивают в 580 миллионов долларов.
Почему малые реакторы набирают популярность?
По мнению директора Института проблем безопасного развития атомной энергетики (ИБРАЭ), члена-корреспондента РАН Леонида Большова: "Ранее утвердилось мнение, что стационарные малые реакторы неэкономичны, и поэтому их ниша - это некие экзотические ситуации, далеко от сетей и транспортных маршрутов, на Севере. И поэтому в течение многих лет малые реакторы развивались только как транспортные реакторы. Мы, к примеру, единственные в мире создали и успешно эксплуатируем атомные ледоколы, и строим новые им на замену" . По его словам, в последние несколько лет в мире возникло понимание, что ниша использования малых реакторов может быть существенно шире.
"Во-первых, для новых атомных стран с еще не очень развитой энергетикой и малыми электросетями большой энергоблок представляет проблему. Ведь электросеть не может обеспечить достаточного объема потребителей. К тому же блоки АЭС требуют регулярно проводить профилактический ремонт, и нужны серьезные замещающие мощности. Еще одно преимущество малых АЭС осознано не так давно - в рыночной экономике, где деньги стоят все дороже, маленькие станции в сравнении с большими строятся недолго и сразу приносят доход. Наконец, у малых АЭС есть еще одно преимущество - их основное оборудованием может быть изготовлено не на площадке строительства, а в цеху. Затем готовый реактор со всей начинкой будет подключен к привезенной турбине, и станция начнет вырабатывать электричество" , - сказал Большов.
По мнению другого эксперта - академика Ашота Саркисова, советника РАН (ИБРАЭ РАН), новизна этого направления заключается ещё и в том, что эти установки должны изготавливаться на заводах индустриальным методом, то есть состоять из модулей, которые могут составить блоки различной мощности. Это как я понимаю удешевит такие проекты.
Есть перспективы использования реакторов малой мощности и в России. Саркисов полагает, что территории нашей страны на которых имеется около 70% запасов углеводородного сырья, много ценных минералов лишена нормального энергоснабжения. Чтобы этот потенциал этих территорий реализовать, нужно энергетическое обеспечение. В качестве энергетических источников могут рассматриваться возобновляемые источники или атомные установки небольшой мощности. Анализ показывает, что в очень многих случаях атомные установки малой мощности будут безусловно более предпочтительны, чем все другие виды энергообеспечения, в том числе и такие традиционные, как дизельные установки, которые являются источником, кстати, многих экологических неприятностей в местах их использования.
Какие же предложения есть у российских атомщиков?
Опыт строительства различных атомных реакторов у России огромный. Направление малой атомной энергетики также на передовых позициях. Из самых перспективных проектов эксперты отмечают три:
Первый - это плавучая атомная электростанция
- российский проект по созданию мобильных плавучих атомных электростанций малой мощности.
Плавучая станция может использоваться для получения электрической и тепловой энергии, а также для опреснения морской воды. В сутки она может выдать от 40 до 240 тысяч тонн пресной воды
Второй проект, который является инновационным и имеет высокую степень освоенности у нас, это установки с реакторами со свинцово-висмутовым теплоносителем на промежуточных (быстрых) нейтронах - СВБР-100 . Есть большой задел с установками такого же типа, которые широко использовались в военно-морском флоте на подводных лодках. Там же имеется технологический и эксплуатационный опыт.
Сооружение опытно-промышленного энергоблока с реакторной установкой СВБР-100 намечено на 2016-2017 гг., физический и энергетический пуск — на 2018 г.
За рубежом сейчас тоже проявляют большой интерес к этому направлению и пытаются использовать в значительной степени тот потенциал, что был накоплен нами. Его нам не удалось, увы, сохранить в виде коммерческой или военной тайны, он оказался растиражирован в значительной степени и на Западе. Впрочем, по мнению академика Саркисова, российские специалисты находятся в этом плане на более выгодных и передовых позициях, а наши западные коллеги несколько отстают.
Третий проект, по которому тоже есть подтверждённый опыт надёжности и безопасности, - это реактор кипящего типа ВК-50 , который в течение многих лет эксплуатируется в Димитровграде. Он показал очень хорошие эксплуатационные качества.
Существует еще несколько проектов реакторов малой мощности. Вышеобозначенные проекты можно увидеть на Дорожной карте освоения ядерных технологий в России : в разделе Тепловые реакторы (ТР), подразделе реакторов малой мощности (ММ) представлены сроки ввода проектов по строительству плавучих АЭС (ПАТЭС), возобновление строительства Атомных ледоколов, запуск серийного производства малых модульных реакторов (серийный ММР) и некие Альтернативы (где возможно имееется в виду как раз маломощные реакторы типа ВК и пр.). СВБР представлен в разделе реакторов на быстрых нейтронах (БР).
Данный слайд был представлен на последней конференции "Обеспечение безопасности АЭС с ВВЭР", прошедшей в ОКБ "Гидропресс" в мае 2013 года.
Поскольку 7 октября 2014 г. в ходе международной конференции "Инновационные проекты и технологии ядерной энергетики" заместитель генерального директора госкорпорации Вячеслав Першуков рассказал , что в госкорпорации "Росатом" принято принципиальное решение о начале программы развития атомной энергетики малой и средней мощности в России, то возможно последует ускорение реализации проектов в области малой ядерной энергетики, и возможны конкретные проекты для экспортных поставок в этом сегменте рынка. Предлагаю дождаться следующей конференции "Обеспечение безопасности АЭС с ВВЭР", намеченной на май 2015 года, и проверить.
(На фото - Билибинская АЭС, фото с сайта "Росэнергоатом").
Арктические территории России обладают значительными запасами топливных ресурсов, но их распределение, разведанность и освоенность крайне неравномерны. Поэтому в рамках северного завоза ежегодно поставляется до 6–8 млн т горюче-смазочных материалов и до 20–25 млн т угля. Доля транспортной составляющей в стоимости топлива достигает 70%. Стоимость угля доходит до 8 тыс. руб./т, дизельного топлива – до 80 тыс. руб./т и существенно превосходит цену внутреннего и мирового рынка. Сроки доставки в отдельные пункты (в частности, по Якутии) достигают 1,5 – 2,5 лет.
«Районы Крайнего Севера Республики Якутия обслуживают локальные дизель-электростанции (161), потребляя 118 тыс. тонн дизельного топлива в год. Наряду с котельными (365) они обеспечивают электроэнергией 175 поселений (около 150 тыс. человек). Дизельные станции имеют критический износ, а доставляемое топливо по сложной многозвенной цепочке формирует больший процент (65 %) затрат на локальную энергетику, играя определяющую роль в формировании высокой себестоимости электрической энергии на ДЭС. На таких территориях тариф на электроэнергию для изолированных потребителей достигает катастрофически высоких показателей – 600-2000 руб./кВт·ч при низкой платежеспособности этих же потребителей» .
Малые АЭС (атомные станции малой мощности, АСММ) являются относительно дорогими энергоисточниками, но при такой ценовой ситуации конкурентоспособной окажется малая АС практически любого типа, подходящей мощности. Задача использования АСММ заключается в надёжном автономном энергообеспечении таких районов, создании достойного качества жизни северян. Чем суровее климат и чем удалённее регион, тем выше должны быть требования к комфортности жилья. «Социалка» должна быть на первом месте; но не только для этого нужны АСММ на Северах – класс решаемых ими задач очень широк: устранение энерго-кризисных явлений в удалённых точках и «быстрое энергетическое реагирование» (мобильные АС); возрождение и развитие промышленности и с\х, обустройство портов СМП и обновление их инфраструктуры; участие в повышении эффективности нефте-газодобычи, замещение сжигаемых на собственные нужды УВС для экспорта; получение местного искусственного моторного топлива для малой авиации и транспорта удалённых регионов (медицинская авиация, малотоннажные морские суда, местный транспорт) путём производства водорода, метанола, диметилового эфира (ДМЭ); энергоснабжение рудников и ГОКов; обеспечение энергией навигации кросс-полярных авиарейсов; стратегическая – обеспечение информационных потоков (связи, дистанционного образования, теле-медицины и проч.).
В рамках государственной энергопрограммы, с 2007 года в России ведётся реализация головного (пилотного) проекта плавучей атомной теплоэлектростанции (ПАТЭС) малой мощности на базе плавучего энергоблока с двумя реакторными установками КЛТ-40С (электрической мощностью по 35 МВт), аналогичными тем, что используются на атомных ледоколах и подводных лодках. Станцию планируется разместить в г. Певек Чукотского автономного округа; реализация этого проекта позволит обеспечить надёжное и экономически эффективное энергоснабжение потребителей Чаун-Билибинского промышленно-экономического района, где сейчас действует первая в мире АС за Полярным кругом – Билибинская. На БиАЭС в 1974-1976 гг. были введены в эксплуатацию 4 энергоблока с канальными водографитовыми реакторами ЭГП-6, но этот реальный действующий по сей день объект малой атомной энергетики в ближайшие годы будет выводиться из эксплуатации по исчерпании проектного срока службы. При общей установленной электрической мощности энергоблоков 48 МВт отпуск тепла составляет 78 МВт и может быть максимально увеличен до 116 МВт при снижении электрической мощности до 40 МВт.
Её называли и «жемчужиной Заполярья», и «Чукотским оазисом», потому что энергия Билибинской АЭС позволила поднять качество жизни в этом суровом краю на небывалый уровень. Помимо комфорта с бесперебойным отоплением и освещением на базе сбросного тепла станции работает тепличный комбинат, производящий зелень, огурцы и помидоры, другие овощи, дыни и арбузы, цветы. В краю с почти двухмесячной полярной ночью это достоинство трудно переоценить.
С помощью её энергии было добыто более 200 т золота. Но сейчас на месторождении «Купол» добычей золота занимаются канадцы; им нет резона покупать электроэнергию БиАЭС и «кормить» нашу энергетику, поэтому они сами завозят туда дизтопливо самолётами.
Проекты АСММ, разрабатываемые как в РФ, так и в мире, охватывают широкий диапазон различных типов реакторов: это реакторы с водой под давлением, с натриевым, газовым, жидкосолевым, тяжелометаллическим теплоносителем; на быстрых и тепловых нейтронах; с различными видами топлива; в плавучем, наземном, подводном и подземном исполнениях. Следует подчеркнуть, что отечественный «парк» проектов и предложений отличается наибольшим разнообразием. Они имеют различный уровень проработанности - от эскизных проектов и технико-коммерческих предложений до готовых для серийного выпуска. Перспективные же проекты АСММ учитывают в большей степени потребительский спрос по мощности и удобство эксплуатации и ориентированы на использование в качестве “ядерных батареек”, которые поставляются в полной заводской готовности и работают без замены топлива весь срок службы.
АСММ хороши тем, что могут работать автономно как вне энергосетей, так и в их составе. Современные разработки имеют период автономности от 10 до 60 лет. При этом уровень мощности энергоустановки может быть выбран практически любой в интервале от 1 до 300 МВт э.
В таблице представлены наиболее проработанные российские проекты реакторов для АСММ.
О заблуждениях относительно дороговизны АСММ по сравнению с большими мощностями и другими видами энергогенерации говорилось в первой части , но напомним ещё раз: за более высокую безопасность, удобство автономности и надёжность энергообеспечения надо платить. Да, в энергосистемах центральных регионов страны АСММ с их ценой электричества до 20-30 руб/кВт∙ч неконкурентоспособны, но вспомним про регионы с 600 – 2 000 руб. за кВт∙ч!..
Весомым преимуществом АСММ являются значительно меньшие абсолютные затраты на реализацию проекта, чем у больших АЭС, а также кардинальное снижение практически всех рисков, в том числе и для инвесторов. Они могут обеспечивать бесперебойное и необслуживаемое производство электроэнергии в течение 30-40 лет, что позволяет использовать их в функции легко просчитываемого и гарантированного залога при долгосрочных кредитах и инвестициях.
Напомним, что АСММ – дорогой объект, и не всегда для его окупаемости будет достаточно продавать его тепло и электричество. Точную стоимость проекта АСММ назвать невозможно, поскольку неизвестны ценовые характеристики в неопределённом периоде будущего, однако можно сделать оценки, базирующиеся на существующих проектах. Так, если принять что стоимость 1 кВт установленной мощности малой АС будет в 1,5-2 раза выше, чем блока большой мощности (а на сегодня это 5-7 тыс. долл.), то суммарные инвестиции в проект АСММ с электрической мощностью 10 МВт составят 75-140 млн. долл. При серийном строительстве малых блоков срок ввода в действие не должен превышать 2-3 лет. (Существующий на сегодня опыт сооружения плавучей АТЭС «Академик Ломоносов» никак нельзя считать ни типовым, ни тем более серийным. Это уникальный первый, головной образец, на котором отрабатываются не только технические приёмы (по которым имеются большие заделы и опыт), но и организационно-экономические схемы, которые для таких объектов в условиях рыночной экономики являются абсолютно новыми и неизведанными. Этим и обусловлен неприемлемо длительный срок строительства и соответственно возрастающие суммарные затраты.)
Однако для повышения экономической эффективности автономных АСММ есть способ «кластеризации»: АСММ могут стать основой для энерготехнологических комплексов (кластеров) по производству на местах важной или высокоценной продукции с высокой добавленной стоимостью – например, производства водорода и на его основе переработки неконвенционных углеводородов (угля, тяжёлых нефтей, биомассы) для производства на месте синтетических моторных топлив; пищевых и сельскохозяйственных продуктов; добычи и обогащения руд цветных металлов, бытового и промышленного тепла, опреснения морской воды с безотходной переработкой рассолов, мореферм и ещё многих других. Оценки такого подхода показывают, что достигается синергетический эффект подобных когенерационных производств, который составляет порядка 3-3,5: 1, т.е. по сравнению с доходностью от производства и продажи только электроэнергии.
В пределах материковой части Арктики располагаются уникальные запасы и прогнозные ресурсы медно-никелевых руд, олова, платиноидов, агрохимических руд, редких металлов и редкоземельных элементов, крупные - золота, алмазов, вольфрама, ртути, чёрных металлов, оптического сырья и поделочных камней – горно-обогатительные предприятия по их освоению требуют энергии. ГОКи в районах Крайнего Севера, удалённые на сотни километров от линий электропепредач и дорог, – это относительно крупные изолированные потребители энергии (до 10 МВт) . При обеспечении их стабильного энергоснабжения возможно внедрение эффективных технологий, типа термического дробления породы для извлечения золота и др. ценных металлов с одновременной организацией обогащения руд и металлургических процессов, круглогодичная эксплуатация сезонных рудников.
Наши северные моря обладают огромнейшим потенциалом биопродуктивности. Для интенсификации искусственного разведения морепродуктов нужно лишь немного дополнительного тепла, света и производство кормов. Фермы морепродуктов, организованные на побережье Баренцева, Карского, Восточно-Сибирского морей могут давать белково-минеральные продукты: мясо крабов (акклиматизация камчатского краба в Баренцевом море проведена с 50-х годов ), моллюсков, водоросли и т.п. Широкая ниша для АСММ в этой отрасли – кормопроизводство и пищевое перерабатывающее предприятие с холодильниками и проч., производящее консервы и полуфабрикаты.
Считается, что затраты труда и энергии в искусственное рыбоводство незначительны по сравнению с промышленным рыболовством. Инвестиции в «засевание» малой территории и в заготовительное оборудование малы, в то время как вклад в продовольствие значителен и стабилен. Так, по оценкам, при затратах энергии около 12 тыс. кВт ч можно получить выход ~20 т рыбы в год.
В таком случае экономика такого изолированного района – автономного энерготехнологического комплекса (техноэкополиса) – должна оцениваться не раздельно (электроэнергия – тепло – полезная продукция), а именно совместно; такая когенерация уникальной продукции в рамках единого проекта существенно изменит экономические показатели в сторону улучшения. Но подчеркнём, что данное производство в данном месте не могло бы быть осуществлено иначе, как при помощи ядерно-энергетических установок, в силу сложностей иного способа энергообеспечения.
При рассмотрении вопроса применения АСММ для регионов Крайнего Севера и Дальнего Востока России нами было проанализировано более 250 пунктов. Предполагается построить мини-серию ПАТЭС для энергоснабжения северных районов Якутии в целях освоения и разработки минерально-сырьевых ресурсов, социально-экономического развития этих районов.
Ещё необходимо заметить по поводу расхожих заблуждений об альтернативности (или безальтернативности) вариантов размещения АЭС - «подземная/наземная/или/плавучая» и т. п. Бытует косная система взглядов, что «плавучка» – это только КЛТ-40 (для знатоков ещё АБВ-6 и ВБЭР-300), хотя на плаву может «ходить» подавляющее большинство известных типов реакторов с подходящими для плавсредства массо-габаритами-мощностью (может быть, за исключением тех, что с естественной циркуляцией теплоносителя: будут трудности с обоснованием эксплуатационной надёжности при кренах-дифферентах); а под землёй так и вообще может быть размещён абсолютно любой тип и размер реакторов, всё будет зависеть от стоимости, которую за это готовы заплатить с учётом «поимки обоих зайцев»: близлежащее пространство получает хорошую защиту от любых инцидентов на АЭС, а сама подземная АЭС получает надёжную защиту от любых внешних воздействий (ураган, падающий самолёт и даже ракетно-ядерный удар).
Выбор есть и для контуров преобразования тепла в электричество: традиционные паровые турбины (ПТУ) с прудом-охладителем или с сухими градирнями, газотурбинные установки (ГТУ) – замкнутого или открытого типа (на воздухе), прямое преобразование тепла в электричество, нетрадиционные – двигатели Стирлинга, усложнённые карнотизированные циклы ПТУ и ГТУ... Пока все проекты существуют «на бумаге», перекомпоновка оборудования – чисто инженерная задача (но с учётом граничных условий «разумности», т.е. технической реализуемости и целесообразности). В любом случае выбор варианта энергоснабжения изолированного потребителя – это сложный процесс оптимизации между видами генерации и прогнозными ценами на топливо и планами развития региона.
Но одна станция, как и ласточка, погоды не сделает. По приблизительной оценке для зоны децентрализованного энергоснабжения, а это почти 2/3 территории нашей страны с почти 10-миллионным населением, необходимо порядка 20 ГВт суммарных установленных мощностей малых АС. Что при средней мощности блока 10 МВт означает, ни много ни мало, 2 000 блоков и будет называться «Системой АС малой мощности».
Мы не говорим, что это «планы»; это просто «надо» – и всей стране – для целостности и связности территории, чтобы не быть «лоскутным одеялом», и тем северянам, кто каждый день проживают как героический подвиг.
Модный в наше время вопрос про терроризм в связи с уязвимостью малых АС в удалённых точках (как Тикси, Диксон, Чокурдах, Юрюнг-Хая) можно осветить следующим образом: во-первых, туда надо добраться. Во-вторых, с «опасным грузом», в-третьих, это «небольшая деревня», все всех знают; и самое существенное – ведь зачинщикам терактов нужен громкий PR-эффект, а в случае «успеха такого предприятия» подвергнутся облучению, и не факт что избыточно-опасному, разве что несколько человек из персонала; к тому же информация до СМИ дойдёт не скоро и без ярких онлайн репортажей. На наш взгляд, такие объекты для терроризма малопривлекательны: напрямую работает эффект «защиты расстояниями».
И не только на Северах энергетика сейчас ассоциируется с решением экологических, экономических и социальных проблем. В современном мире энергетика стала уже не столько технической системой, сколько социальной подсистемой, учитывая, что на неё завязаны как функционирование связи, промышленного, транспортного и коммунально-бытового секторов, так и связанные с ними «социальная безопасность» и экологическое благополучие (в наибольшей степени – для крупных городов). А арктическая зона страны потому и испытывает трудности с энергообеспечением, что работает естественная, природная положительная обратная связь: суровые природно-климатические условия требуют повышенного удельного энергопотребления, но они же и препятствуют адекватному энергообеспечению, будь то средствами (ВИЭ), так и средствами традиционной органической энергетики (включая, в первую очередь, трудности доставки энергоносителей).
Таким образом, АСММ в состоянии выступить ключевым фактором пространственного развития России. И наоборот: можно утверждать, что без проектирования и реализации федеральной сети АЭС малой и средней мощности в России будет происходить усиление неравномерности регионального развития и ускорение деградации большинства удалённых регионов России.
Поэтому не следует разделять категорично энергетику, безопасность, экономическое развитие, экологическое и социальное благополучие Арктических регионов, т.к. это звенья единой цепи. Будет энергообеспечение – будет повод говорить об экологии, будет основа для выполнения социальных программ, будут транспорт и связь, будет сохранено единое экономическое пространство северных регионов.
Целостная Система Малой атомной энергетики – в первую очередь для Северов – это и амбициозный национальный геостратегический проект, и поле для прорывных технологических процессов, в том числе и в смежных отраслях, и активное присутствие России в Арктической зоне для сохранения территориальной целостности страны, а также геоэкономический экспортный потенциал для завоевания международных рынков энергопроизводства и опреснения морской воды. Эта задача вполне соответствует уровню Национального Проекта.
1. Киушкина В.Р. Оптимизация локальной энергетики децентрализованных территорий северных регионов через укрепление позиций энергетической безопасности (на примере Республики Саха (Якутия)) // Интернет-журнал «НАУКОВЕДЕНИЕ» Том 9, №6 (2017) https://naukovedenie.ru/PDF/113TVN617.pdf
2. Иванова И.Ю., Тугузова Т.Ф., Попов С.П., Петров Н.А. Малая энергетика Севера: Проблемы и пути развития.- Новосибирск: Наука, 2002.-188 с.
В. П. Билашенко, Д. О. Смоленцев, ИБРАЭ РАН .
Согласно Энергетической стратегии России на период до 2030 года основной целью региональной энергетической политики является создание устойчивой и способной к саморегулированию системы обеспечения региональной энергетической безопасности с учетом оптимизации территориальной структуры производства и потребления топливно-энергетических ресурсов.
В обеспечении энергетической безопасности локальных энергосистем удаленных регионов большие перспективы открываются перед атомными станциями малой мощности. Реализация региональной энергетической политики на территории России, с ее различными социально-экономическими и природно-климатическими условиями, должна учитывать специфику регионов страны и осуществляться во взаимосвязи с решением стратегических общегосударственных задач перспективного развития экономики и энергетики.
Территориальные энергетические проблемы, в частности дефицит собственной выработки, изоляция от ЕЭС и техническая сложность доставки углеводородного топлива, являются крайне актуальными для ряда регионов России, особенно северных и восточных.
Развитие региональной энергетики приобретает особую значимость в связи с глобальным курсом, взятым на развитие арктических территорий РФ. Энергетическая система Арктики характеризуется наличием множества обособленных энергоузлов, разрозненностью потребителей энергоресурсов и северным завозом органического топлива. Общая неэффективность энергетической системы арктического региона также связана с наличием высоких потерь при передаче электроэнергии до конечного потребителя: 14% (в некоторых энергосистемах 20%).
Для обеспечения региональной энергетической безопасности и работы в локальных энергосистемах удаленных, труднодоступных регионов с 60-х годов прошлого столетия ведутся исследования и опытно-конструкторские работы по изучению возможностей применения атомных станций малой мощности (АСММ).
В то время на площадке Физико-энергетического института имени А. И. Лейпунского в Обнинске была создана и работала на протяжении трех лет, начинаяс 1963 года, транспортабельная электростанция ТЭС-3. Мощность установки с водо-водяным реактором составляла 1500 кВт(э). Электростанция располагалась на четырех самоходных гусеничных платформах, то есть была полностью транспортабельной. Также в 60-х годах ХХ века на площадке НИИАР в г. Димитровград была введена в эксплуатацию установка АРБУС (Арктическая блочная установка) мощностью 750 кВт(э), установка работала также в режиме выработки тепла.
Долгое время АСММ масштабно применялись только в составе силовых энергетических установок на атомных подводных лодках и на судах уникального российского атомного ледокольного флота. То есть малая атомная энергетика для гражданских целей практически не использовалась.
На данном этапе развития АСММ можно отметить, что они становятся одними из наиболее перспективных представителей класса энергоустановок малой мощности для регионов децентрализованного энергоснабжения. АСММ более надежны при эксплуатации, чем возобновляемые источники энергии, и их производительность не зависит от природно-климатических условий (скорости ветра, потока солнечной радиации). АСММ не нуждаются в постоянной доставке больших объемовтоплива, ряд проектов АСММ предусматривают длительный интервал работы реактора между перегрузками, увеличенную топливную компанию (3–10 лет). Также прорабатываются концепции АСММ без перегрузки на площадке, работающие по принципу «батарейки».
В последние годы в ряде стран с развитой атомной энергетикой предпринимаются практические шаги и разворачиваются масштабные работы по созданию реакторов малой мощности. В то время как в России интерес к малой энергетике стал прогрессивно возрастать, что связано с необходимостью энергоснабжения труднодоступных изолированных потребителей для освоения отдаленных регионов, в мире делается ставка на создание распределенных энергетических систем, основанных на энергоисточниках малой мощности.
Помимо России и США, где ведутся разработки сразу нескольких проектов АСММ, а также определяются меры государственной поддержки таких проектов, свои концепции реакторов малой мощности предлагают Япония, Китай, Южная Корея, Франция, Аргентина, Канада, Индия и другие страны.
Стоит отметить, что в разработке атомных энергоисточников малой мощности Россия имеет очевидный приоритет, основанный на опыте, который накоплен при создании ядерных энергетических установок боевых кораблей, атомных подводных лодок, атомных ледоколов и первой в мире плавучей атомной теплоэлектростанции (ПАТЭС). Интегральный опыт эксплуатации малой атомной транспортной энергетики превышает шесть тысяч реакторолет. Произведено промышленностью более 500 реакторных установок более чем 20 типов.
Среди основных преимуществ, связанных с применением малой атомной энергетики, можно выделить:
- минимизацию сроков, объемов и стоимости капитального строительства в районе размещения атомных станций. Все высокотехнологичные, дорогостоящие и трудоемкие операции переносятся в специализированные цеха заводов и выполняются квалифицированным персоналом. Следствием этого является минимизация затрат по разворачиванию и вводу в действие малых атомных энергоисточников;
- снижение совокупных инвестиционных нагрузок на сооружение энергоблоков;
- возможность обходиться минимальным персоналом, работающим по вахтенному методу.
- Особо следует отметить, что АСММ является экологически чистым источником энергии, что особенно важно для рекреационного развития. Обеспечить практически полное невмешательство в окружающую среду позволяют следующие преимущества АСММ:
- перенос наиболее ядерно- и радиационно опасных операций, связанных с ремонтом, перегрузкой топлива, выводом из эксплуатации, с площадки размещения в специализированные заводские цеха, что обеспечивает высокий уровень безопасности и качества выполняемых процедур;
- предельно упрощенные решения в вопросах снятия этих атомных станций с эксплуатации после выработки технического ресурса;
- снижение ядерных рисков и возможного ущерба третьим лицам в случае реализации аварийных ситуаций, минимизация экологических последствий для окружающей среды.
Технико-экономические характеристики АСММ позволяют расширить сферу гражданского применения малой атомной энергетики в географических районах и областях народно-хозяйственного комплекса, где технологии атомной энергетики в настоящее время не используются. Также вследствие уменьшения единичной мощности проекты АСММ требуют привлечения существенно меньших инвестиционных потоков по сравнению с проектами АЭСс реакторами большой мощности. В условиях глобальной рыночной экономики разработка проектов АСММ обусловлена в первую очередь реакцией на реальный рыночный спрос. Но в то же время на внутренней государственной арене немаловажным является фактор обеспечения национальной безопасности посредством размещения на территориях страны АСММ, а также комплексного социально-экономического развития данных территорий.
Области применения АСММ.
Локальная энергетика. Использование АСММ для энергоснабжения удаленных изолированных потребителей является основной областью применения отечественных АСММ. Целевыми потребителями энергоресурсов являются отдельные группы населенных пунктов и промышленных предприятий, имеющих компактное расположение и находящихся в отдалении от линий электропередач крупных энергосистем, транспортных магистралей.
Централизованная энергетика. В то время как отечественные проекты АСММ предполагаются для использования в локальных энергосистемах, зарубежные проекты в основном нацелены на создание распределенных энергетических систем на их основе. Построение энергетической системы, основанной на укрупнении единичных установленных мощностей, противоречит современному курсу на создание интеллектуальной энергосистемы с активно-адаптивной сетью. Территориально распределенные в единой энергетической системе АСММ могут составить основу новой структуры энергетики. Также рассматривается возможность реновации реакторных установок, действующих АЭС с помощью АСММ. Конструкция и массогабаритные параметры некоторых АСММ позволяют расположить их на месте демонтируемых парогенераторов, что дает возможность осуществить реновацию АЭС большой мощности, используя оставшуюся инфраструктуру АЭС, то есть обеспечить новую жизнь действующей АЭС без привлечения крупных инвестиций.
Теплоснабжение. C учетом национальной специфики практически все отечественные проекты АСММ предусматривают использование в целях теплоснабжения. Эксплуатация в режиме одновременной выработки электроэнергии тепла (когенерация) повышает экономическую эффективность станций, в частности эффективность использования ядерного топлива, и позволяет увеличить производство отпускаемой станцией товарной продукции более чем в два раза по сравнению с конденсационным режимом работы.
Опреснение воды. Наряду с энергообеспечением, проблема опреснения морской воды может быть решена за счет АСММ с длительным циклом автономной эксплуатации. Разработаны проекты плавучих энергоблоков, компоновка которых предусматривает наличие опреснительных комплексов, основанных на дистилляции морской воды. При нормативе от 0,6 до 1,2 МВт установленной мощности для получения 1 млн кубометров опресненной воды в год потребуется несколько тысяч гигаватт установленных мощностей для полного удовлетворения дефицита пресной воды к 2050 году. В России проблема опреснения локально выражена в Калмыкии и Крыму.
Выработка водорода и прочих вторичных энергоносителей. Технические возможности АСММ позволяют через тепло и электроэнергию конвертировать энергию деления ядерного топлива в практически любую товарную продукцию. В частности, это может быть выработка водорода, кислорода, этанола, метанола, бензина, диметилэтилового эфира, закачка в нефтеносный горизонт горячего теплоносителя для добычи тяжелой нефти и т.п. При этом экономическая эффективность АСММ повышается за счет производства нового высоколиквидного и дорогостоящего вида продукции.
Экспорт. Страны с развитой атомной энергетикой рассматривают экспорт как одно из приоритетных направлений применения АСММ. Для таких стран концепция применения АСММ «строю-владею-эксплуатирую», а также неэлектрическое применение АСММ открывают новые рынки сбыта. Наиболее перспективными рынками для малой атомной энергетики в международном масштабе считаются страны Юго-Восточной Азии и Африки. Большой шаг в данном направлении был сделан 9 июля 2014 года в Москве, где ЗАО «Русатом Оверсиз» и китайская CNNC New Energy подписали Меморандум о намерениях в области сотрудничества по проекту создания плавучих атомных электростанций (ПАТЭС). По оценкам МАГАТЭ, до 2030 года в мире может быть построено до 100 реакторов малой и средней мощности.
Энергоснабжение единичного потребителя. Единичные потребители, требующие стабильный и независимый источник энергии, являются еще одним направлением применения АСММ. В качестве примера можно привести концепции использования АСММ для энергоснабжения буровых платформ, военных объектов, горно-обогатительных комбинатов, предприятий металлургии, нефтеперерабатывающих заводов и других энергоемких производств. Также АСММ могут применяться в составе силовых установок для транспорта (ядерные энергодвигательные установки мегаваттного класса).
Проекты отечественных АСММ.
На сегодняшний день существует более 20 концепций и проектов отечественных АСММ, находящихся на различных стадиях реализации.
Практическую реализацию и поддержку со стороны государства получили:
- проект плавучей АТЭЦ (ПАТЭС) с реакторными установками КЛТ-40С;
- проект АТЭЦ с блочной транспортабельной установкой СВБР-100 (ранее проект назывался «Ангстрем», была увеличена единичная мощность до 100 Мвт(э)).
Программа деятельности Госкорпорации «Росатом» на долгосрочный период предусматривает проведение мероприятий в части разработки и строительства АСММ с реакторными установками типа КЛТ-40С. В 2013 году строительство головной ПАТЭС «Академик Ломоносов» перешло в завершающую стадию. Произведена погрузка парогенерирующих блоков в реакторные отсеки плавучего энергоблока, ведется монтаж электротехнического оборудования. Ожидается, что ввод в эксплуатацию ПАТЭС состоится в 2018 году после двух лет опытной эксплуатации. Окончательным местом размещения выбран город Певек. Реакторная установка ПАТЭС – КЛТ-40С является серийным блочным реактором, применяемым на атомных ледоколах и судах морского флота. Она модифицирована для плавучих и наземных АСММ. Технология полной заводской готовности ПАТЭС позволяет сократить сроки строительства, обеспечить контроль качества в заводских условиях, минимизировать воздействие на окружающую среду – в ходе как строительства, так и эксплуатации станции. В процессе эксплуатации предусматриваются два средних ремонта через каждые 12 лет, на время которых плавэнергоблок будет уходить на докование (на 2 года) для замены выработавшего свойресурс оборудования и перегрузки топлива. Общий срок эксплуатации плавэнергоблока составит 36 лет (3 цикла по 12 лет).
Все операции с ядерным топливом и радиоактивными отходами осуществляются на плавучем энергоблоке. На АСММ реализован принцип глубокоэшелонированной защиты, который представляет собой стратегию предотвращения аварий и ограничения их последствий, систему барьеров на пути возможного распространения ионизирующих излучений и радиоактивных веществ, систему технических и организационных мер по сохранению их эффективности.
На относительно высокой стадии реализации находится проект модульного энергоблока с реакторной установкой на быстрых нейтронах со свинцово-висмутовым теплоносителем СВБР-100. Энергетический пуск опытно-промышленного энергоблока запланирован на 2019 год.
Технологии, применяемые в СВБР-100, могут обеспечить безостановочную работу реактора на протяжении примерно восьми лет и работу в режиме суточного регулирования (50–100% от номинальной мощности). Предусматривается возможность применения различных видов топлив: оксид, МОХ, нитрид без переделки реакторной установки, а также возможность работы в замкнутом ядерном топливном цикле. Модульная структура энергоблока позволяет набирать любую мощность, кратную 100 Мвт. АСММ основана на свойствах внутренней самозащищенности, что исключает катастрофические последствия при любых исходных аварийных событиях. Таким образом, возможно размещение станции вблизи городов. Также модули СВБР-100 высокой заводской готовности транспортабельны всеми видами транспорта.
Вызывает интерес практическое применение АСММ линии шельф. Разработка и создание АСММ класса менее 10 МВт(э) для энергоснабжения удаленных регионов и нефтегазодобывающих комплексов морских арктических месторождений углеводородов является стратегическим направлением развития малой атомной энергетики. В рамках федеральной целевой программы «Развитие гражданской морской техники» предусмотрена разработка технического проекта и технологий создания ядерного источника энергии – энергоблока мощностью до 6 МВт(э). На данный момент наиболее близким по своим характеристикам и назначению является проект АБВ-6М – унифицированная установка с реакторами интегрального типа и естественной циркуляцией первого контура со встроенной парогазовой системой компенсации. Проектом предусмотрено размещение в составе наземных и плавучих АСММ.
Прогресс реакторных технологий малой мощности и накопленный уникальный опыт проектирования реакторных установок (РУ) наглядно демонстрирует сравнение основных характеристик РУ ледоколов (РУ ОК-900 – первых ледоколов и РУ атомного ледокола-лидера – РИТМ-200) :
- назначенный ресурс оборудования до заводского ремонта увеличен в 2,6 раза;
- назначенный срок службы основного оборудования до заводского ремонта увеличен в 1,6 раза – до 20 лет;
- энергоресурс активной зоны увеличен в 2 раза;
- КИУМ увеличен в 1,9 раза – до 0,65%;
- период непрерывной работы увеличен в 3,2 раза;
- масса двух РУ в пределах защитной оболочки уменьшена в 1,7 раза.
С 2010 года ИБРАЭ РАН проводит исследования фундаментальных основ использования АСММ в энергетической системе РФ. Разработана и апробирована методика многофакторного анализа энергосистем регионов и определения наиболее приемлемых энергетических альтернатив малой мощности. В рамках исследований по данному направлению были созданы расчетные инвестиционные модели, отражающие специфику технико-экономических и эксплуатационных характеристик АСММ. На основании данных моделей был произведен расчет себестоимости вырабатываемой электроэнергии.
Также были рассмотрены конкурирующие (для Арктики) источники энергии: ТЭЦ и КЭС на угле (для АСММ мощностью более 50 Мвт(э)) и комплекс ДЭС+котельная (для менее мощных АСММ) при различных значениях стоимости углеводородного топлива.
Полученные результаты позволяют утверждать, что АСММ может конкурировать с энергетическими альтернативами в целевых районах применения.
Стоит отметить, что себестоимость вырабатываемой электроэнергии АСММ СВБР-100 при незначительном снижении (на 10–20%) является конкурентоспособной по сравнению с большой энергетикой. Также следует учесть эффект снижения себестоимости при модульной компоновке станции, что может быть реализовано при серийном производстве или при использовании уже существующей инфраструктуры замещаемых АЭС большой мощности.
Проект ПАТЭС экономически эффективен при когенерационном режиме работы.Этот проект конкурентоспособен в отдаленных районах, доступных для транспортировки станции, где тарифы на электроэнергию составляют более 3 руб./кВт·ч. Такими районами являются практически все зоны децентрализованного энергоснабжения России, северные территории Сибири и Дальнего Востока. Проект ПАТЭС наиболее приемлем для энергоснабжения относительно крупных населенных пунктов (численностью населения 10–50 тысяч человек) и крупных промышленных предприятий или военных объектов. Стоит отметить, что реализуемые проекты СВБР-100 и ПАТЭС являются первыми в своем роде, а проект АБВ 6М находится на стадии технического проекта (модифицируется для увеличения мощности и длительности кампании топлива), что является причиной недостатка информации о реальных эксплуатационных и технико-экономических характеристиках.
Как было отмечено ранее, рациональным местом размещения атомных станций малой мощности являются труднодоступные населенные пункты, удаленные от крупных транспортных магистралей, и месторождения (разработки) топливных ресурсов, характеризуемые долгосрочным ростом электрических нагрузок. Есть информация минимум о 38 потенциальных пунктах базирования первоочередных площадок размещения АСММ стоит выделить:
- размещение ПАТЭС с РУ КЛТ-40С в городе Певек (пилотный проект АСММ) и в городе Вилючинск;
- монтаж головного энергоблока СВБР-100 на площадке НИИАР в городе Димитровград;
- пилотный проект АТЭЦ на базе реакторной установки ВК-100 (необходимо проведение конкурса по определению замещающей мощности) на площадке Билибинской АЭС;
- Архангельская атомная ТЭЦ на базе реакторной установки ВК-300 (при успешной реализации пилотного проектирования АСММ).
Приведенные выше рекомендации относятся к использованию АСММ в локальных системах в общем. Что касается использования их в конкретных условиях (применительно к целевой площадке размещения), безусловно, необходимо выполнение специальных исследований.
В качестве общего вывода следует отметить, что строительство атомной генерации традиционно требует больших начальных инвестиций, но уже на данном этапе технологического развития АСММ могут конкурировать с традиционными и возобновляемыми источниками энергии по себестоимости вырабатываемой электроэнергии и обеспечивать стабильную базовую генерацию в регионе.
При всем разнообразии источников энергоснабжения эксперты считают, что будущее за атомными станциями малой мощности (АСММ). Россия для развития малой атомной энергетики обладает необходимой научно-практической базой и имеет все шансы стать мировым лидером в данной сфере.
Исторический экскурс в малую атомную энергетику
Исторически сложилось так, что в нашей стране атомная отрасль изначально формировалась для военных целей. Успешное применение ядерных установок малой мощности для подводных лодок и ледоколов открыло большие возможности для развития атомной энергетики в гражданских целях. В 1960-х годах были предприняты первые попытки создания атомных электростанций малой мощности, тем самым положив начало развитию малой атомной энергетики. Четкая граница между большой и малой атомной энергетикой не определена, но, согласно рекомендациям МАГАТЭ, для малой атомной энергетики предел электрической мощности составляет 300 МВт при тепловой мощности реактора 750 МВт.
Вплоть до 1990-х гг. многочисленные проекты и разработки не нашли практической реализации, поскольку столкнулись с проблемами организационного характера. Подобные объекты требовали особых условий эксплуатации и обеспечения безопасности, а также высокой квалификации работников.
Важным стимулом для малой атомной энергетики стала необходимость развития приграничных территорий, представляющих собой ценность из-за огромного количества природных ресурсов и имеющих важное геополитическое значение. Основную роль в энергоснабжении периферийных районов играют именно автономные источники. Но для удаленных населенных пунктов зачастую проблематично доставить топливо, необходимое для эксплуатации дизельных электростанций и котельных. Разобщенность источников и топливная проблема, в свою очередь, сказываются на счетах за электроэнергию. Кроме того, специфика таких регионов предполагает, что источник не только должен обеспечивать электроэнергией, но и теплом. Оптимальным выходом для надежного энергообеспечения изолированных районов является использование атомных станций малой мощности.
Перспективные проекты
Среди первых разработок маломощных атомных станций были проекты АТЭЦ «Елена», АСТ «Рута», блочно-модульная АТЭЦ «Ангстрем», саморегулируемая по мощности АЭС «Унитерм» и другие. Эти проекты были далеки от промышленного внедрения и на то было несколько причин: существенные затраты на строительные работы на месте установки, отсутствие возможности перевозить на новое место эксплуатации и вытекающая из всего этого угроза безопасности жизни людей.
Сегодня особый интерес в сфере малой атомной энергетики представляют всего 2 проекта, имеющие все шансы на реализацию: плавучая АЭС «Академик Ломоносов» и реактор СВБР-100.
В 1990-х гг. для демонстрации потенциала малой атомной энергетики было принято решение построить плавучую атомную электростанцию с использованием реактора КЛТ-40С, который на протяжении многих лет успешно использовался в ледоколах. В связи с экономическими преобразованиями в стране проект был приостановлен и восстановлен в 2000 г., когда Министерство по атомной энергии, концерн «Росэнергоатом», администрация Архангельской области и ФГУП «ПО «Севмаш» подписали декларацию о намерениях построить первую в мире плавучую атомную теплоэлектростанцию (ПАТЭС) «Академик Ломоносов» в Северодвинске. ПАТЭС представляет собой несамоходное судно с двумя реакторными установками КЛТ-40С, которое буксируется в место назначения и ставится в специальный док. Параметры судна: длина - 144 м, ширина - 30 м, водоизмещение - 21,5 тысяч тонн. Каждый реактор имеет электрическую мощность 38 МВт, тепловую мощность - 140 Гкал/ч, отпуск электроэнергии - 455 млн. кВт/ч в год, отпуск тепла - 900 тыс. Гкал/год. ПАТЭС также может быть использована для опреснения морской воды, для этого устанавливают специальные опреснительные установки вместо турбин и электрогенераторов. Станция рассчитана минимум на 36 лет эксплуатации, при этом каждые 12 лет необходимо проводить загрузку ядерным топливом.
Изначально завершение строительства было запланировано на 2010 г., но в связи с финансовыми трудностями «Севмаш» постоянно переносило сроки сдачи, и в 2008 г. проект был передан ОАО «Балтийский завод». Вопросы реструктуризации предприятия, начавшиеся в 2011 г., также тормозили сдачу проекта. Лишь в начале декабря 2012 г. концерн «Росэнергоатом» и «Балтийский завод» подписали договор о достройке ПАТЭС. Соглашение предполагает сдачу плавучей атомной электростанции, готовой к буксировке на место назначения, 9 сентября 2016 г. На сегодняшний день готовность объекта составляет 60%. Строительство ПАТЭС включено в Федеральную целевую программу «Ядерные энерготехнологии нового поколения на период 2010 - 2015 годов и на перспективу до 2020 года» именно как одна из основных задач развития малой атомной энергетики. Предполагается, что она положит начало серийному производству плавучих АЭС.
Повышенный интерес к разработке проявляют страны Азиатско-Тихоокеанского региона, но не спешат с инвестициями, ожидая реализации пилотного проекта в России. Не стоит беспокоиться об «утечке» таких ценных технологий в случае выхода на международные рынки, поскольку ПАТЭС планируют реализовывать по схеме «строю-владею-эксплуатирую»: Россия строит станцию, обеспечивает ее работу на месте заказчика, каждые 12 лет проводит необходимый ремонт и по истечении жизненного цикла ее утилизирует.
Большие надежды малая атомная энергетика возлагает на реактор СВБР-100 на быстрых нейтронах со свинцово-висмутовым теплоносителем, который предназначен именно для создания атомных электростанций мощностью 100 МВт. Проект разрабатывается ОАО «АКМЭ-инжиниринг», учредителем которого являются ГК «Росатом» и ОАО «ЕвроСибЭнерго». Параметры такой АСММ должны позволять перевозить ее железнодорожным или автомобильным транспортом, а сами модули должны быть таких размеров, чтобы их легко можно было компоновать, создавая станцию любой необходимой мощности. Пока проект находится на научно-исследовательской стадии, закончить его разработку планируется в 2015-2016 гг., а серийное производство запустят в 2019 г. Стоит отметить, что Россия имеет опыт создания и эксплуатации свинцово-висмутовых теплоносителей, не имеющих аналогов за рубежом. Например, США пока только пытаются освоить эту технологию. Создание СВБР-100 позволит России стать бесспорным лидером в мировой атомной энергетике.
Вопросы безопасности и перспективы малой атомной энергетики
Противников малой атомной энергетики всегда волнует вопрос безопасности использования АСММ. Здесь работает правило «снижение мощности влечет за собой снижение потенциальных рисков». Поэтому атомные станции малой мощности намного безопаснее больших атомных станций в силу меньшего количества радионуклидов и количества запасенной энергии.
В техническом плане наши ученые владеют всеми необходимыми методами обеспечения безопасности ядерных установок. Например, ПАТЭС имеет пять барьеров радиационной защиты, способна выдержать землетрясение магнитудой 7-8 баллов по шкале Рихтера, мощные снегопады и даже падение самолета. Проведение всех операций с топливом и радиоактивными отходами будет осуществляться в специализированных центрах. Проект уже прошел все необходимые государственные экспертизы, в том числе и экологическую.
Для удовлетворения своих растущих энергетических потребностей общество ищет новые энергоносители и пытается развивать альтернативные источники (ветряки, солнечные панели и т.п.). Россия слепо следует модным тенденциям, а, между тем, уникальный накопленный опыт и мощная научная база позволяют развивать малую атомную энергетику, призванную эффективно снабжать электроэнергией удаленные населенные пункты. Модульные энергетические установки также могут быть успешно использованы и густонаселенных мегаполисах для питания отдельных зданий или целых микрорайонов независимо от центральной системы энергоснабжения. Основные преимущества АСММ состоят в минимальном потреблении топлива, к минимуму сведены затраты на строительные работы на месте установки и непосредственно само обслуживание станции. Поэтому атомные станции малой мощности рассматриваются как один из самых надежных и экономически стабильных источников питания. Единственными препятствиями для реализации подобных проектов могут стать недостаточная проработанность международного права в сфере ядерных технологий и стремление получить прибыль от реализации здесь и сейчас, в то время как, стоит направить финансовые механизмы на устойчивое развитие проектов в долгосрочной перспективе.
Трагедии на Чернобыльской АЭС и АЭС «Фукусима» пошатнули уверенность человечества в том, что за атомной энергетикой будущее. Некоторые из стран, такие, как Германия, вообще пришли к выводу, что от АЭС следует отказаться вовсе. Но вопрос использования атомной энергетики очень серьезный и крайностей в выводах не терпит. Тут надо четко оценить все плюсы и минусы, и скорее – искать золотую середину и альтернативные решения использования атома.
В качестве источников энергии на Земле сегодня используются органические ископаемые, нефть, газ; возобновляемые источники энергии – солнце, ветер, древесное топливо; гидроэнергия – реки и всевозможные пригодные для этих целей водоемы. Но запасы нефти и газа истощаются, соответственно, дорожает и энергия, полученная с их помощью. Энергия, получаемая с помощью ветра и солнца – достаточно затратное удовольствие, в силу дороговизны солнечных и ветровых электростанций. Возможности энергии водоемов тоже очень ограничены. Поэтому многие ученые все же приходят к выводу, что если в России закончатся запасы нефти и газа, альтернативы отказа от ядерной энергетики, как источника энергии, очень малы.Доказано, чтомировые ресурсы ядерного горючего, такого, как плутоний и уран во много раз превышают энергоресурсы природных запасов органического топлива. Работа же самих АЭС имеет ряд преимуществ перед другими электростанциями. Их можно строить везде, независимо от энергетических ресурсов района, топливо АЭС отличается очень большим содержанием энергии, эти станции не делают в атмосферу вредных выбросов, таких как ядовитые вещества и парниковые газы, и стабильно дают самую дешевую энергию.В мировом рейтинге по уровню ТЭС Россия очень сильно отстает, а по показателям АЭС – мы являемся одними из первых, поэтому для нашей страны отказ от атомной энергетики может грозить большой экономической катастрофой. Тем более именно в России особенно актуальны отдельные вопросы в развитии атомной энергетики – такие, как строительство мини АЭС. Почему? Тут все очевидно и просто.
Проект одной из АСММ — «Унитерм»
Атомные реакторы малой мощности (100-180 МВт) уже несколько десятков лет успешно используются в судоходстве нашей страны. В последнее время все чаще начинают говорить о необходимости их использования для обеспечения энергией отдаленных районов России. Тут малые АЭС смогут решить проблему энергоснабжения, которая всегда стояла остро во многих труднодоступных регионах. Две трети России – зона децентрализованного энергоснабжения. Прежде всего, это Крайний Север и Дальний Восток. Уровень жизни здесь во многом зависит от энергообеспечения. Кроме того, данные регионы представляют собой большую ценность в силу большого сосредоточения полезных ископаемых. Их добыча не развивается или останавливается зачастую именно по причине большой затратности в сфере энергетики и транспорта. Энергия здесь поступает от автономных источников, использующих органическое топливо. А завоз такого топлива в труднодоступные районы обходится очень недешево по причине необходимых огромных объемов и большого расстояния. Например, в республике Саха в Якутии, в силу разорванности энергетической системы на маломощные изолированные участки, стоимость электроэнергии больше в 10 раз, чем на «большой земле». Совершенно ясно, что для большой территории с низкой плотностью населения проблема развития энергетики не может решиться крупным сетевым строительством. Атомные станции малой мощности (АСММ) — один из самых реальных выходов из ситуации в данном вопросе. Ученые уже насчитали 50 регионов в России, где нужны подобные станции. Они, конечно, проиграют по стоимости электроэнергии большому энергоблоку (строить его здесь просто нерентабельно), но выиграют у источника на органическом топливе. По подсчетам специалистов АСММ могут сэкономить до 30% стоимость электроэнергии в труднодоступных регионах. Маленькие объемы расходуемого топлива, удобства в перемещении, небольшие трудозатраты по вводу в работу, минимум обслуживающего персонала – эти характеристики делают АСММ незаменимыми энергоисточниками в дальних районах.
Незаменимость АСММ уже давно осознали и во многих других странах мира. Японцы доказали, что подобные станции будут очень эффективны в условиях мегаполисов. Работы одного отдельного такого устройства достаточно для того, чтобы снабдить энергией определенное количество жилых домов или небоскребов. Маленьким реакторам не требуется дорогое и подчас отсутствующее место для их размещения в мегаполисе. Также, японские разработчики уверяют, что эти реакторы могут компенсировать пиковые нагрузки в крупных городских зонах. Японская компания Toshibа уже длительное время разрабатывает проект АСММ — Toshiba 4S. Срок его эксплуатации по прогнозам разработчиков – 30 лет без перезагрузки топлива, мощность – 10 МВт, габариты — 22 на 16 на 11 метров, топливо такой мини-АЭС — металлический сплав плутония, урана и циркония. Эта станция не требует постоянного обслуживания, а нуждается лишь в эпизодическом контроле. Такой реактор японцы предлагают использовать и при добыче нефти, а их серийный выпуск хотят наладить к 2020 году.
Не отстают от Японии и американские ученые. В течение нескольких лет они обещают выпустить в продажу небольшой ядерный реактор, который будет обеспечивать энергией небольшие поселки. Мощность такой станции – 25 МВт, по размеру она немногим больше собачьей конуры. Электроэнергию эта мини-АЭС будет вырабатывать круглосуточно и ее стоимость за 1 киловатт-час составит всего 10 центов.Надежность тоже на высшем уровне: помимо стального корпуса, Hyperion закатан в бетон.Менять ядерное топливо здесь смогут только специалисты, и делать это надо будет каждые 5-7 лет. Выпускающая компания Hyperion, уже получила лицензию на выпуск таких ядерных реакторов. Приблизительная стоимость станции 25 миллионов долларов. Для городка, хотя бы с 10-ю тысячами домов – совсем недорого.
Что касается России, то здесь над созданием малых АЭС работают достаточно давно. Учеными Курчатовского института 30 лет назад была разработана мини – АЭС «Елена», которая вообще не нуждается в обслуживающем персонале. Ее прототип функционирует на территории института до сих пор. Электрическая мощность станции – 100 КВт., она представляет собой цилиндр весом в 168 тонн, диаметром — 4,5 и высотой — 15 метров. «Елена» устанавливается в шахте на глубине 15-25 метров и закрывается бетонными перекрытиями. Ее электроэнергии хватит на обеспечение теплом и светом небольшого поселка. В России разработано еще несколько проектов, подобных «Елене». Все они соответствуют необходимым требованиям надёжности, безопасности, недоступности для посторонних, нераспространении ядерных материалов и т.д., но требуют немалых строительных работ при установке и не соответствуют критериям мобильности.
В 60-е годы прошла испытания малая передвижная станция «ТЭС-3». Она состояла из четырех гусеничных самоходных транспортеров, поставленных на усиленную базу танка Т-10. На двух транспортерах были размещены парогенератор и водяной реактор, на оставшихся поместили турбогенератор с электрической частью и систему управления станцией. Мощность такой станции составила -1,5 МВт.
В 80-е годы в Беларуси разработали малую АЭС на колесах. Станцию назвали «Памир» и поставили на шасси МАЗ-537 «Ураган». Ее составили четыре автофургона, которые были соединены газовыми шлангами высокого давления. Мощность «Памира» составила 0,6 МВт. Станция в первую очередь предназначалась для работы в широком диапазоне температур, именно поэтому была оснащена газоохлаждаемым реактором. Но, произошедшая как раз в эти годы Чернобыльская авария, «автоматом» уничтожила проект.
Все эти станции имели определенные проблемы, которые препятствовали их широкому внедрению в производство. Во-первых, невозможность обеспечить качественную защиту от излучения по причине большого веса реактора и ограниченной грузоподъемности транспорта. Во-вторых, эти мини-АЭС работали на высокообогащенном ядерном топливе «оружейного» качества, что противоречило международным нормам, которые запрещали распространение ядерного оружия. В-третьих, для самоходных атомных станций было сложно создать защиту от дорожных происшествий и террористов.
Весь спектр требований к АСММ удовлетворила плавучая атомная теплоэлектростанция. Она была заложена в Санкт-Петербурге в 2009 году. Данная мини-АЭС состоит из двух реакторных установок на гладкопалубном несамоходном судне. Срок ее эксплуатации – 36 лет, в течение которых, через каждые 12 нужно будет перезагружать реакторы. Станция может стать эффективным источником электричества и тепла для труднодоступных регионов страны. Еще одна из ее функций – опреснение морской воды. В сутки она может выдавать от 100 до 400 тысяч тонн. В 2011 году проект получил положительное заключение государственной экологической экспертизы. Не позднее 2016 года плавучую АЭС планируют разместить на Чукотке. Росатом ожидает от этого проекта больших зарубежных заказов.
Также недавно стало известно, что одна из подконтрольных Олегу Дерипаске компаний — «Евросибэнерго», вместе с Росатомом объявила об организации предприятия «АКМЭ-Инжиниринг», которое будет работать над созданием АСММ и заниматься их продвижением на рынке. В работе этих станций хотят использовать реакторы набыстрых нейтронах со свинцововисмутовым теплоносителем, которыми в советское время были оснащены атомные подлодки. Обеспечивать энергией они призваны отдаленные районы, неподключенные к электросетям. Организаторы предприятия планируют заполучить 10-15% мирового рынка мини-АЭС. В успехе данной кампании аналитиков заставляет сомневаться заявленная стоимость станции, которая по прогнозам «Евросибэнерго» будет равняться стоимости ТЭЦ такой же мощности.
Успех малых АЭС на рынке мировой энергетики предвидеть несложно. Необходимость их присутствия там очевидна. Решаемы и вопросы с усовершенствованием этих источников энергии и приведением в соответствие к необходимым параметрам. Глобальной лишь остается проблема стоимости, которая на сегодняшний день в 2-3 раза больше АЭС в 1000 МВт. Но уместно ли такое сравнение в данном случае? Ведь у АСММ совершенно другая ниша в использовании – они должны обеспечивать автономных потребителей. Никто же из нас не додумается сравнивать стоимость киловатт, расходуемых часами, работающими от батарейки, и микроволновкой, которая запитана от розетки.